論文以反應式步進電機為研究對象，應用了先進的FPGA/CPLD技術，設計了一種全數字的步進電機控制系統，通過了仿真、綜合和下載的各個程序測試環節，并在實驗中得到了良好的應用。 本論文分析了反應式步進電機工作原理以及其具體的控制過程，然后闡述了FPGA的設計原理以及所涉及到的相關芯片，接著對所要應用的硬件語言VerilogHDL方面的知識進行了簡要地介紹，這些為論文的具體設計部分提供了理論基礎。 本系統針對需要實現對步進電機的調速，設計出了一種符合要求的連續可調的脈沖信號發生器，整個脈沖信號發生器有兩個大的模塊組成，最后用一個頂層的模塊將二者連接起來，并且每個子模塊以及頂層的模塊都通過了仿真測試。系統采用了模塊化的設計思路，為系統的設計和維護提供了方便，同時也提高了系統性能的可擴展性。系統采用一種軟件硬化的設計思路，應用了VerilogHDL硬件語言，該語言較容易理解。軟件也是采用了目前應用比較廣泛的幾種。在最后的實物實驗中也取得了良好的效果，從而證明了設計的正確性。論文針對VerilogHDL硬件語言的應用技巧以及實際編寫程序中經常遇到的問題都做了詳細的解釋，并提出了幾個解決問題的方法；對于如何合理的選擇芯片，文章也做了仔細說明。 FPGA+VerilogHDL+EDA工具構成的數字系統現場集成技術，是本系統設計的核心部分，該門技術具有操作靈活、利用廣泛以及價廉等特點。該門技術具有旺盛的生命力和廣闊的前景，必然推動著整個集成電路產業系統集成的進一步發展。整個系統設計采用了全數字化的控制方案，使系統更加緊湊、更加合理以及經濟節約。由于系統的全數字化，使得整個系統運行變得十分可靠，調試也極為方便。作為一種先進技術的應用，論文在很多方面做了新的嘗試。
上傳時間： 2013-05-20
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運動控制技術是機電一體化的核心部分，提高運動控制技術水平對于提高我國的機電一體化技術具有至關重要的作用。運動控制技術的發展是制造自動化前進的旋律，是推動新的產業革命的關鍵技術。對于數控系統來說，最重要的是控制各個電機軸的運動，這是運動控制器接收并依照數控裝置的指令來控制各個電機軸運動從而實現數控加工的，數據加工中的定位控制精度、速度調節的性能等重要指標都與運動控制器直接相關。目前對數控系統的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是對步進、伺服電機進行控制的運動控制卡的研究。對PC-NC來說，運動控制卡的性能很大程度上決定了整個數控系統的性能，而微電子和數字信號處理技術的發展及其應用，使運動控制卡的性能得到了不斷改進，集成度和可靠性大大提高。 本課題通過對運動控制技術的深入研究，并針對國內運動控制技術的研究起步較晚的現狀，結合當前運動控制領域的具體需要，緊跟當前運動控制技術研究的發展趨勢，吸收了數控技術和相關運動控制技術的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比較新穎的、功能強大的、具有很大柔性的四軸多功能運動控制卡。 本課題的具體研究主要有以下幾方面： 首先，通過對運動控制卡及運動控制系統等行業現狀的全面調研，和對運動控制技術的深入學習，在比較了幾種常用的運動控制方案的基礎上，提出了基于FPGA的運動控制設計方案，并規劃了板卡的總體設計。 其次，根據總體設計，規劃了板卡的結構，詳細劃分并實現了FPGA各部分的功能；利用光電隔離原理設計了數字輸入/輸出電路。 再次，利用FPGA的資源實現了PCI從設備接口，達到跟控制卡通信的目的，針對運動控制中的一些具體問題，如運動平穩性、實時控制以及多軸聯動等，在FPGA上設計了四軸運動控制電路，定義了各個寄存器的具體功能，設計了功能齊全的加／減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個功能各異的計數器電路等，自動降速點運動、A／B相編碼器倍頻計數電路等特殊功能。最后，進行了本運動控制卡的測試，從測試和應用結果來看，該卡達到預期的要求。
上傳時間： 2013-07-27
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隨著FPGA(FieldProgrammableGateArray)器件的應用越來越廣泛且重要，FPGA的測試技術也得到了廣泛重視和研究。基于FPGA可編程的特性，應用獨立的測試(工廠測試)需要設計數個測試編程和測試向量來完成FPGA的測試，確保芯片在任何用戶可能的編程下都可靠工作。 本論文正是針對上述問題，以XilinxXC4000E系列FPGA為主要的研究對象，在詳細研究FPGA內部結構的基礎上，基于“分治法”的基本思路對FPGA的測試理論和方法做了探索性研究。 研究完成了對可編程邏輯模塊(ConfigrableLogicBlock)及其子模塊的測試。主要基于“分治法”對CLB及其子模塊進位邏輯(CLM)、查找表(LUT)的RAM工作模式等進行了測試劃分，分別實現了以“一維陣列”為基礎的測試配置和測試向量，以較少了測試編程次數完成了所有CLB資源的測試。 研究完成了對互連資源(ConfigrableInterconnectResource)的測試。基于普通數據總線的測試方法，針對互連資源主要由線段和NMOS開關管組成的特點及其自身的故障模型，通過手工連線實現測試配置，僅通過4次編程就實現了對其完全測試。 在測試理論研究的基礎上，我們開發了能對FPGA器件進行實際測試的測試平臺。基于硬件仿真器的測試平臺通過高速光纖連接工作站上的EDA仿真軟件，把軟件語言描述的測試波形通過硬件仿真器轉化為真實測試激勵，測試響應再讀回到仿真軟件進行觀察，能夠靈活、快速的完成FPGA器件的配置和測試。該平臺在國內首次實現了軟硬件協同在線測試FPGA。在該平臺支持下，我們成功完成了對各軍、民用型號FPGA的測試任務。 本研究成果為國內自主研發FPGA器件提供了有力保障，具有重大科研與實踐價值，成功解決了國外公司在FPGA測試技術上的壟斷問題，幫助國產FPGA器件實現完全國產化。
上傳時間： 2013-05-17
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本文介紹了一個基于CPLD／FPGA的嵌入式IP核設計。論文在闡述可編程邏輯器件及其發展趨勢的基礎上，探討了知識產權復用理念，MCU的復雜化設計以及數字信號傳輸與處理的速度要求。結合國內外對CPLD／FPGA的使用現狀，引出了在CPLD／FPGA上開發嵌入式模塊程序的理念并提出了設計實現方法和設計實例。課題的設計目標為開發一個基于CPLD／FPGA的USBIP模塊，實現開發板與PC機之間的USB通信。設計過程首先進行硬件設計，在FPGA開發板上開發擴展板；其次用ISE開發軟件進行FPGA數字化設計；在軟件開發完成后，將配置生成的比特流文件通過JTAG電纜下載到FPGA開發板上，實現FPGA開發板與PC機之間的通信。 該設計具有很高的實用性，它進一步擴大了可編程芯片的領地，將復雜專有芯片擠向高端和超復雜應用；它使得IP資源復用理念得到更普遍的應用；為基于FPGA的嵌入式系統設計提供了廣闊的思路。
上傳時間： 2013-07-05
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本文將電路接口技術與硬件可編程技術相結合，提出了用可編程芯片來控制IDE硬盤進行高速數據記錄，能夠滿足機載數據記錄設備重量輕、容量大、速度快的要求。 論文對硬盤ATA接口標準進行了研究，對VHDL語言、現場可編程門陣列器件(FPGA)實現硬件電路的原理和方法進行了深入分析，在此基礎上完成了基于FPGA的數據記錄控制器的設計。文中選擇了具有低功耗、低成本、高性能的FPGA芯片(型號為CycloneEP1C3T144C8)，將各功能模塊級聯成系統在該芯片上完成了控制器系統級的設計與仿真驗證，驗證結果表明了用FPGA實現高速數據記錄控制器的可行性。所設計的VHDL代碼經QuartusⅡ綜合、布局布線、管腳分配后，在FPGA內部可以達到104.46Mhz的電路工作速度，FPGA與硬盤之間采用ATA接口的UltraDMA模式2傳輸方式，可以達到33.3MByte/s的突發數據傳輸率。文中對所用到的FPGA設計技術給予了詳細說明，對各功能模塊的設計給予了詳細闡述，對關鍵設計給出了VHDL源代碼，還討論了FPGA設計中時序約束的作用，給出了本文所做時序約束的方法。 本文中所論述的工作對以后機載數據記錄系統的設計具有重要的鋪墊作用。文中在總結所做工作的同時，還對下一步工作提出了有益的建議。
上傳時間： 2013-08-05
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工業X-CT（X-ray Computed Tomography）無損檢測技術是以不損傷或者破壞被檢測對象的一種高新檢測技術，被譽為最佳的無損檢測手段，在無損檢測領域日益受到人們的青睞。近年來，各國都在投入大量的人力、物力對其進行研究與開發。 目前，工業CT主要采用第二代和第三代掃描方式。在工業CT第三代掃描方式中，掃描系統僅作“旋轉”運動，控制系統比較簡單。對此，我國已取得了可喜的成績。然而，對工業CT系統中的二代掃描運動控制系統，即針對“平移+旋轉”運動的控制系統的研究，我國已有采用，但與發達國家相比，還存在較大的差距。二代掃描方式與其它掃描方式相比，具有對被檢物的尺寸沒有要求，且能夠對感興趣的檢測區域進行局部掃描的獨特優點。同時X光源的射線出束角較小（一般小于20°），因此在工業X-CT系統主要采用二代掃描運動控制。有鑒于此，本論文結合有關科研項目，開展了工業X-CT二代掃描控制系統的研究。 論文首先介紹了工業X-CT系統的工作原理和各種掃描運動控制方式的特點，闡述了開展二代掃描控制的研究目的和意義。其次，根據二代掃描控制的特點，提出了“在優先滿足工業X-CT二代掃描控制的基礎上，力求實現對工業X-CT掃描運動的通用控制，使其能同時支持一、三代掃描方式”的設計思想。據此，研究確立了基于單片機AT89LV52及FPGA芯片EP1C3T100C8的運動控制架構，以實現二代掃描控制系統的設計方案。論文詳細介紹了可編程邏輯器件FPGA的工作原理和開發流程，并對其相關開發環境QuartusII4.1作了闡述。結合運動控制系統的硬件設計，詳細介紹了各功能模塊的具體設計過程，給出了相關的設計原理框圖和實際運行波形。并制作了相應的PCB板，調試了整個硬件控制系統。最后，論文還詳細研究了利用VisualC++6.0來完成上位機控制軟件的設計，給出了運動控制主界面及掃描運動控制功能軟件設計的流程圖。 論文對整個運動控制系統采用的經濟型的開環控制技術所帶來的不利影響，分析研究了增加步進電機的細分數以提高掃描精度的可能性，并對所研究的控制系統在調試過程中出現的一些問題及解決方案作了簡要的分析，提出了一些完善方法。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：stella2015
隨著國際互聯網絡的迅猛發展，網絡應用的不斷豐富，Intenret已經從最初以學術交流為目的而演變為商業行為，網絡安全性需求日益增加，高速網絡安全保密成為關注的焦點，在安全得到保障的情況下，為了滿足網速無限制的追求，高速網絡硬件加密設備也必將成為需求熱點。另一方面，IPSec協議被廣泛的應用于防火墻和安全網關中，但對IPSec協議的處理會大大增加網關的負載，成為千兆網實現的瓶頸。本文便是針對上述現狀，研究基于高性能FPGA實現千兆IPSec協議的設計技術。 目前，國外IPSec協議實現已經芯片化，達到幾千兆的速率，但是國內產品多以軟件實現，速度難以提高。本文采用的基于FPGA的IPSec技術方案，采用硬件實現隧道模式下的IPSec協議，為IP分組及其上層協議數據提供機密性、數據完整性驗證以及數據源驗證等安全服務。在以VPN為實施方案的基礎上，構建了以KDIPSec為設備原型以IPSec協議為出發點的千兆網絡系統環境模型，從硬件體系結構到各個模塊的劃分以及各個模塊實現的功能這幾個方面描述了KDIPSec實現技術，最后描述了一些關鍵模塊的FPGA設計和和仿真。所有處理模塊均在Xilinx公司的FPGA芯片中實現，處理速率超過1Gb/s。
上傳時間： 2013-07-03
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逆變控制器的發展經歷從分立元件的模擬電路到以專用微處理芯片（DSP/MCU）為核心的電路系統，并從數模混合電路過渡到純數字控制的歷程。但是，通用微處理芯片是為一般目的而設計，存在一定局限。為此，近幾年來逆變器專用控制芯片（ASIC）實現技術的研究越來越受到關注，已成為逆變控制器發展的新方向之一。本文利用一個成熟的單相電壓型PWM逆變器控制模型，圍繞逆變器專用控制芯片ASIC的實現技術，依次對專用芯片的系統功能劃分，硬件算法，全系統的硬件設計及優化，流水線操作和并行化，芯片運行穩定性等問題進行了初步研究。首先引述了單相電壓型PWM逆變器連續時間和離散時間的數學模型，以及基于極點配置的單相電壓型PWM逆變器電流內環電壓外環雙閉環控制系統的設計過程，同時給出了仿真結果，仿真表明此系統具有很好的動、靜態性能，并且具有自動限流功能，提高了系統的可靠性。緊接著分析了FPGA器件的特征和結構。在給出本芯片應用目標的基礎上，制定了FPGA目標器件的選擇原則和芯片的技術規格，完成了器件選型及相關的開發環境和工具的選取。然后系統闡述了復雜FPGA設計的設計方法學，詳細介紹了基于FPGA的ASIC設計流程，概要介紹了僅使用QuartusII的開發流程，以及Modelsim、SynplifyPro、QuartusII結合使用的開發流程。在此基礎上，進行了芯片系統功能劃分，針對：DDS標準正弦波發生器，電壓電流雙環控制算法單元，硬件PI算法單元，SPWM產生器，三角波發生器，死區控制器，數據流/控制流模塊等逆變器控制硬件算法/控制單元，研究了它們的硬件算法，完成了模塊化設計。分析了全數字鎖相環的結構和模型，以此為基礎，設計了一種應用于逆變器的，用比例積分方法替代傳統鎖相系統中的環路濾波，用相位累加器實現數控振蕩器（DCO）功能的高精度二階全數字鎖相環（DPLL）。分析了“流水線操作”等設計優化問題，并針對逆變器控制系統中，控制系統算法呈多層結構，且層與層之間還有數據流聯系，其執行順序和數據流的走向較為復雜，不利于直接采用流水線技術進行設計的特點，提出一種全新的“分層多級流水線”設計技術，有效地解決了復雜控制系統的流水線優化設計問題。本文最后對芯片運行穩定性等問題進行了初步研究。指出了設計中的“競爭冒險”和飽受困擾之苦的“亞穩態”問題，分析了產生機理，并給出了常用的解決措施。
上傳時間： 2013-05-28
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數字濾波作為數字信號處理技術的重要組成部分，廣泛應用于諸如信號分離、恢復、整形等多種場合中，本文討論的FIR濾波器因其具有嚴格的線性相位特性而得到廣泛的應用。在工程實踐中，往往要求信號處理具有實時性和靈活性,但目前常用的一些軟件或硬件實現方法則難以同時達到兩方面的要求。 可編程邏輯器件是一種用戶根據需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。本課題研究FIR的FPGA解決方案體現電子系統的微型化和單片化，主要完成的工作如下: (1)以FIR濾波器的基本理論為依據，研究適應工程實際的數字濾波器的設計方法： (2)對分布式算法進行了較為深入的研究。在闡述算法原理的基礎上，分析了利用FPGA特有的查找表結構完成這一運算的方法，從而解決了常系數乘法運算硬件實現的問題； (3)以—FIR低通濾波器為例說明FIR數字濾波器的具體實現方法，采用層次化、模塊化、參數化的設計思想，完成對整個FIR濾波器的功能模塊的劃分，以及各個功能模塊的具體設計； (4)設計參數可調的FIR低通濾波器的硬件電路：以EPFlK50TCl44-l為核心，包括A/D轉換電路、D/A轉換電路以及在系統配置電路等。以話音作為輸入信號，進行了實際濾波效果的測試。 實驗系統的測試結果表明，和傳統的數字濾波器相比較具有更好的實時性、準確性、靈活性和實用性。
上傳時間： 2013-07-13
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發展的高技術之一，根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測，該領域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性，穩定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環節的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統，然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設計了一個便攜式指紋識別系統，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢，具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。
上傳時間： 2013-06-07
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